CN107025524B - 考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法，属于电力系统运行控制技术领域。本发明通过发电机有功调整、分区间负荷转移和考虑大型城市电网功能区供电可靠性及减负荷事故风险等级要求的减负荷措施优化决策，给出解决预想故障下设备过载的辅助决策措施。本发明能够有效降低预想故障下设备过载负荷控制量和事故风险代价，在提升分区负荷转移措施可靠性和实用性的同时，满足大型城市电网事故风险防控需求。

Description

考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法

技术领域

本发明属于电力系统运行控制技术领域，具体地说本发明涉及一种适用于大型城市分区电网的考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法。

背景技术

过载辅助决策是电力系统在线安全稳定分析的重要功能，当电网预想故障下出现设备过载问题时，在线计算发电机、负荷转移、减负荷等有功调整措施，实现满足电网安全约束的运行方式调整辅助决策。随着我国220kV电网分区运行格局形成，分区间的负荷转移手段已经成为事故下或预想故障不安全情况下保证用户供电可靠性的重要手段。此外，大型城市电网不同功能区用户信息更加完善、供电可靠性越来越高，这对负荷控制的精细化程度和风险防控提出了更高的要求。

目前，在线过载辅助决策计算已实现了计及负荷转移措施的多类措施协调决策(详见中国专利文件CN103514364A)，考虑优先投入备用线路，在此基础上追加发电机、负荷等有功措施解决预想故障下设备过载问题。但该方法将使得原有独立运行的分区并列运行，在解决了设备过载问题的同时改变了原有分区独立运行的发用电配置和网络结构，分区电网受电和供电能力不确定性增加，运行风险增大。此外，该方法考虑通过投入单一通道解决过载问题，未能实现分区间多通道的协调决策，与运行人员实际操作有所区别。在减负荷辅助决策算法方面，现有灵敏度类方法可以实现调整量最小或代价最低等目标，但决策过程中未能计及减负荷可能引起的违反安全事故等级要求的问题，并且负荷控制精细化程度不高，难以满足运行人员实际操作需求。

发明内容

本发明目的是：针对大型城市分区电网，提供一种考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法，通过发电机有功调整、分区间负荷转移和考虑大型城市电网功能区供电可靠性及减负荷事故风险等级要求的减负荷措施优化决策，给出解决预想故障下设备过载的辅助决策措施，有效降低预想故障下设备过载负荷控制量和事故风险代价，在提升分区负荷转移措施可靠性和实用性的同时，满足大型城市电网事故风险防控需求。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)针对输、配电网运行信息和设备参数，进行全网数据整合，生成电网在线运行方式数据；基于潮流计算，对生成的运行方式进行预想故障过载安全评估，得到过载关键故障集和薄弱设备集；若故障集为空，则无需过载辅助决策，结束本方法，否则进行可控措施集识别，获得候选发电机调整措施集、候选分区负荷可转移通道集、候选负荷控制措施集，进入步骤2)；

2)若候选发电机调整措施集为空，则进入步骤3)，否则，基于发电机节点对过载设备控制性能指标进行有功调整决策，若存在控制代价较小且满足安全约束的有功调整措施，则将该措施作为本阶段辅助决策结果，进入步骤5)；否则，选取裕度提高最大的发电机调整措施作为该阶段辅助决策结果，更新电网运行方式，进入步骤3)；

3)分区负荷转移优化决策：若分区负荷可转移通道集为空，则进入步骤4)，否则，基于过载设备所在分区识别需转移分区，计及灵敏度和最大安全转移负荷量计算通道综合控制性能指标，按分区对联络通道分组，以并行方式搜索每组可行的负荷转移方案，在此基础上，以转移负荷量最小和开关操作次数最少为目标对可行转移方案进行优选；若存在满足安全约束的方案，则将该措施作为本阶段辅助决策结果，进入步骤5)；否则，选取裕度提高最大的负荷转移措施作为本阶段辅助决策结果，更新电网运行方式，进入步骤4)；

4)减负荷控制优化决策：若负荷控制措施集为空，则进入步骤5)，否则，确定电网已建模设备、馈供线路与功能区的对应关系，考虑节点灵敏度和不同功能区负荷控制代价，计算不同馈供线路减负荷控制性能指标并过滤和排序，在此基础上，考虑不同功能区事故风险等级约束，以负荷控制代价最小为目标进行控制措施优化计算，得到满足电网安全和事故风险约束的最优负荷控制策略，作为本阶段辅助决策结果，进入步骤5)；

所述功能区是指依据负荷重要性、负荷密度等不同负荷特性，由人工划定的具有一定城市社会职能的区域，具体包括：自贸区、居住区、商业商务区、工业区、高新技术开发区、文化娱乐区等，不同功能区对用户供电可靠性要求是不同的；

所述事故风险是指以功能区为单位，依据减供负荷比例和减供用户数比例制定的负荷损失严重程度指标。

5)对发电机调整措施、分区负荷转移措施、负荷控制措施进行措施结果合并，形成新的电网运行方式，在此基础上进行预想故障安全校核，若满足安全约束，则将合并的措施结果作为考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策结果，否则，表明辅助决策未控制成功，给出告警信息。

上述技术方案进一步特征在于，步骤3)包括以下步骤：

3-1)根据过载设备所属分区确定需转移分区；

3-2)针对需转移分区的所有联络通道，利用公式(1)计算通道的综合灵敏度

其中，

是第i_L个通道的综合灵敏度，W为不安全故障的总数，N_k为第k个故障下过载设备的总数，

为第k个故障下第j₁个设备的过载安全裕度，

为第i_L个通道所连母线节点对第k个故障下第j₁个设备的灵敏度。

采用公式(2)计算通道的综合控制性能指标，过滤指标小于设定阀值的通道。

其中，

指第i_L个通道的综合控制性能指标，

指通过第i_L个通道能够安全转移的最大负荷量，具体通过以下步骤求取：

3-2-1)基于通道所连母线节点对可接受转移分区薄弱设备的灵敏度，采用公式(3)估算由第j个薄弱设备确定的通道可接受转移的最大负荷量，通道可接受转移最大负荷量

为所有薄弱设备确定的最大负荷量中的最小值：

其中，

指由第j个薄弱设备确定的可接受转移分区通过通道i_L可接受转移的最大负荷量，P_j.lim指第j个薄弱设备的安全限额，P_now.i.j指第i个预想故障下第j个薄弱设备的运行功率，

指第i_L个通道所连母线节点对第i个故障第j个薄弱设备的灵敏度，k_r为设定的大于1的系数。

3-2-2)以通道在需转移分区连接厂站为起点，在本厂站和相邻厂站范围内，搜索最大可转移的负荷量

3-2-3)按照公式(4)确定通道能够安全转移的最大负荷量：

其中，

指通道i_L的安全稳定限额。

3-3)将同一分区的不同联络通道分为一组，每组中的通道按照综合控制性能指标由大到小排序。

3-4)采用并行搜索的方式，按照以下步骤确定每组转移方案：

3-4-1)依据综合控制性能指标顺序逐个遍历通道，搜索能够满足需转移负荷量要求的最少通道个数

3-4-2)若

大于1，则将排序靠前的

个通道按照最大负荷量转移，更新需转移负荷量后，第

个通道按照满足需转移负荷量要求的最小负荷量转移；若

等于1，则将该通道按照满足需转移负荷量要求的最小负荷量转移；

3-4-3)按照各通道转移负荷量确定开关操作次数，并统计每组转移量和开关操作次数，作为该组负荷转移方案。

3-5)基于搜索出每组负荷转移方案，优先选择转移负荷量最小的方案作为分区负荷转移方案，在各组方案转移负荷量接近的情况下，选择开关操作次数最少的方案作为分区负荷转移方案。

上述技术方案进一步特征在于，步骤4)包括以下步骤：

4-1)依据不同类型功能区对供电可靠性要求的高低确定各功能区负荷控制代价；确定各功能区包含的多条馈供线路负荷量及其已建模厂站的对应关系；确定各条馈供线路供电的用户数目。

4-2)基于节点灵敏度信息，采用公式(5)计算厂站各条馈供线路减负荷控制性能指标，过滤指标小于设定阀值的措施：

其中，

是第f_L条馈供线路减负荷控制性能指标，W为不安全故障的总数，N_k为第k个故障下过载设备的总数，

为第k个故障下第j₁个设备的过载安全裕度，

为第f_L条馈供线路减负荷后第k个故障下第j₁个设备的过载安全裕度变化量。C_d指由步骤4-1)确定的各功能区负荷控制代价。

4-3)按照控制性能指标对馈供线路排序，逐条线路迭代搜索满足安全约束和减负荷风险约束的馈供线路减负荷控制措施，所述减负荷风险约束由公式(6)确定：

其中，N为功能区数目，L_j取0或1，分别表示第j个用户不控制或控制，P_Lj为第j个用户的功率，Z_k表示第k个功能区范围，U_Lj表示第j个用户。

4-4)若能搜索到满足安全约束和减负荷风险约束的馈供线路减负荷控制措施，则将该措施作为最优减负荷方案；否则，松弛风险约束，同时给出风险告警信息，返回步骤4-3)重新进行减负荷方案搜索。

本发明的有益效果如下：针对大型城市分区电网，提供一种考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法，通过发电机有功调整、分区间负荷转移和考虑大型城市电网功能区供电可靠性及减负荷事故风险等级要求的减负荷措施优化决策，给出解决预想故障下设备过载的辅助决策措施，有效降低预想故障下设备过载减负荷量和事故风险代价，在提升分区负荷转移措施可靠性的同时，满足大型城市电网事故风险防控需求。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，其步骤如图1所示：

图1中步骤1描述的是电网在线运行方式数据生成以及安全评估。

针对输、配电网运行信息和设备参数，进行全网数据整合，生成电网在线运行方式数据；基于潮流计算，对生成的运行方式进行预想故障过载安全评估，得到过载关键故障集和薄弱设备集；若故障集为空，则无需过载辅助决策，结束本方法，否则进行可控措施集识别，获得候选发电机调整措施集、候选分区负荷可转移通道集、候选负荷控制措施集，进入步骤2；

图1中步骤2描述的是发电机有功调整措施优化决策。

若候选发电机调整措施集为空，则进入步骤3，否则，基于发电机节点对过载设备控制性能指标进行有功调整决策，若存在控制代价较小且满足安全约束的有功调整措施，则将该措施作为本阶段辅助决策结果，进入步骤5；否则，选取裕度提高最大的发电机调整措施作为该阶段辅助决策结果，更新电网运行方式，进入步骤3；

图1中步骤3描述的是分区负荷转移优化决策。

分区负荷转移优化决策：若分区负荷可转移通道集为空，则进入步骤4，否则，基于过载设备所在分区识别需转移分区，计及灵敏度和最大安全转移负荷量计算通道综合控制性能指标，按分区对联络通道分组，以并行方式搜索每组可行的负荷转移方案，在此基础上，以转移负荷量最小和开关操作次数最少为目标对可行转移方案进行优选；若存在满足安全约束的方案，则将该措施作为本阶段辅助决策结果，进入步骤5；否则，选取裕度提高最大的负荷转移措施作为本阶段辅助决策结果，更新电网运行方式，进入步骤4；

具体地，分区负荷转移优化决策计算方法包括如下步骤：

3-1)根据过载设备所属分区确定需转移分区；

3-2)针对需转移分区的所有联络通道，利用公式(1)计算通道的综合灵敏度

其中，

是第i_L个通道的综合灵敏度，W为不安全故障的总数，N_k为第k个故障下过载设备的总数，

为第k个故障下第j₁个设备的过载安全裕度，

为第i_L个通道所连母线节点对第k个故障下第j₁个设备的灵敏度。

采用公式(2)计算通道的综合控制性能指标，过滤指标小于设定阀值的通道。

其中，

指第i_L个通道的综合控制性能指标，

指通过第i_L个通道能够安全转移的最大负荷量，具体通过以下步骤求取：

3-2-1)基于通道所连母线节点对可接受转移分区薄弱设备的灵敏度，采用公式(3)估算由第j个薄弱设备确定的通道可接受转移的最大负荷量，通道可接受转移最大负荷量

为所有薄弱设备确定的最大负荷量中的最小值：

其中，

指由第j个薄弱设备确定的可接受转移分区通过通道i_L可接受转移的最大负荷量，P_j.lim指第j个薄弱设备的安全限额，P_now.i.j指第i个预想故障下第j个薄弱设备的运行功率，

指第i_L个通道所连母线节点对第i个故障第j个薄弱设备的灵敏度，k_r为设定的大于1的系数。

3-2-2)以通道在需转移分区连接厂站为起点，在本厂站和相邻厂站范围内，搜索最大可转移的负荷量

3-2-3)按照公式(4)确定通道能够安全转移的最大负荷量：

其中，

指通道i_L的安全稳定限额。

3-3)将同一分区的不同联络通道分为一组，每组中的通道按照综合控制性能指标由大到小排序。

3-4)采用并行搜索的方式，按照以下步骤确定每组转移方案：

3-4-1)依据综合控制性能指标顺序逐个遍历通道，搜索能够满足需转移负荷量要求的最少通道个数

3-4-2)若

大于1，则将排序靠前的

个通道按照最大负荷量转移，更新需转移负荷量后，第

个通道按照满足需转移负荷量要求的最小负荷量转移；若

等于1，则将该通道按照满足需转移负荷量要求的最小负荷量转移；

3-4-3)按照各通道转移负荷量确定开关操作次数，并统计每组转移量和开关操作次数，作为该组负荷转移方案。

3-5)基于搜索出每组负荷转移方案，优先选择转移负荷量最小的方案作为分区负荷转移方案，在各组方案转移负荷量接近的情况下，选择开关操作次数最少的方案作为分区负荷转移方案。

图1中步骤4描述的是减负荷控制优化决策计算方法。

若负荷控制措施集为空，则进入步骤5，否则，确定电网已建模设备、馈供线路与功能区的对应关系，考虑节点灵敏度和不同功能区负荷控制代价，计算不同馈供线路减负荷控制性能指标并过滤和排序，在此基础上，考虑不同功能区事故风险等级约束，以负荷控制代价最小为目标进行控制措施优化计算，得到满足电网安全和事故风险约束的最优负荷控制策略，作为本阶段辅助决策结果，进入步骤5；

所述功能区是指依据负荷重要性、负荷密度等不同负荷特性，由人工划定的具有一定城市社会职能的区域，具体包括：自贸区、居住区、商业商务区、工业区、高新技术开发区、文化娱乐区等，不同功能区对用户供电可靠性要求是不同的；

所述事故风险是指以功能区为单位，依据减供负荷比例和减供用户数比例制定的负荷损失严重程度指标。

具体地，减负荷控制优化决策计算方法包括如下步骤：

4-1)依据不同类型功能区对供电可靠性要求的高低确定各功能区负荷控制代价；确定各功能区包含的多条馈供线路负荷量及其已建模厂站的对应关系；确定各条馈供线路供电的用户数目。

4-2)基于节点灵敏度信息，采用公式(5)计算厂站各条馈供线路减负荷控制性能指标，过滤指标小于设定阀值的措施：

其中，

是第f_L条馈供线路减负荷控制性能指标，W为不安全故障的总数，N_k为第k个故障下过载设备的总数，

为第k个故障下第j₁个设备的过载安全裕度，

为第f_L条馈供线路减负荷后第k个故障下第j₁个设备的过载安全裕度变化量。C_d指由步骤4-1)确定的各功能区负荷控制代价。

4-3)按照控制性能指标对馈供线路排序，逐条线路迭代搜索满足安全约束和减负荷风险约束的馈供线路减负荷控制措施，所述减负荷风险约束由公式(6)确定：

其中，N为功能区数目，L_j取0或1，分别表示第j个用户不控制或控制，P_Lj为第j个用户的功率，Z_k表示第k个功能区范围，U_Lj表示第j个用户。

4-4)若能搜索到满足安全约束和减负荷风险约束的馈供线路减负荷控制措施，则将该措施作为最优减负荷方案；否则，松弛风险约束，同时给出风险告警信息，返回步骤4-3)重新进行减负荷方案搜索。

图1中步骤5描述的是发电机调整措施、分区负荷转移措施、负荷控制措施的结果合并和辅助决策结果输出。

对发电机调整措施、分区负荷转移措施、负荷控制措施进行措施结果合并，形成新的电网运行方式，在此基础上进行预想故障安全校核，若满足安全约束，则将合并的措施结果作为考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法，否则，表明辅助决策未控制成功，给出告警信息。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (4)

1.考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法，包括以下步骤：

1)针对输、配电网运行信息和设备参数，进行全网数据整合，生成电网在线运行方式数据；基于潮流计算，对生成的运行方式进行预想故障过载安全评估，得到过载关键故障集和薄弱设备集；若故障集为空，则无需过载辅助决策，结束本方法，否则进行可控措施集识别，获得候选发电机调整措施集、候选分区负荷可转移通道集、候选负荷控制措施集，进入步骤2)；

2)若候选发电机调整措施集为空，则进入步骤3)，否则，基于发电机节点对过载设备控制性能指标进行有功调整决策，若存在控制代价较小且满足安全约束的有功调整措施，则将该措施作为本阶段辅助决策结果，进入步骤5)；否则，选取裕度提高最大的发电机调整措施作为该阶段辅助决策结果，更新电网运行方式，进入步骤3)；

3)分区负荷转移优化决策：若分区负荷可转移通道集为空，则进入步骤4)，否则，基于过载设备所在分区识别需转移分区，计及灵敏度和最大安全转移负荷量计算通道综合控制性能指标，按分区对联络通道分组，以并行方式搜索每组可行的负荷转移方案，在此基础上，以转移负荷量最小和开关操作次数最少为目标对可行转移方案进行优选；若存在满足安全约束的方案，则将该措施作为本阶段辅助决策结果，进入步骤5)；否则，选取裕度提高最大的负荷转移措施作为本阶段辅助决策结果，更新电网运行方式，进入步骤4)；

4)减负荷控制优化决策：若负荷控制措施集为空，则进入步骤5)，否则，确定电网已建模设备、馈供线路与功能区的对应关系，考虑节点灵敏度和不同功能区负荷控制代价，计算不同馈供线路减负荷控制性能指标并过滤和排序，在此基础上，考虑不同功能区事故风险等级约束，以负荷控制代价最小为目标进行控制措施优化计算，得到满足电网安全和事故风险约束的最优负荷控制策略，作为本阶段辅助决策结果，进入步骤5)；

所述功能区是指依据负荷重要性、负荷密度的不同负荷特性，由人工划定的具有一定城市社会职能的区域，具体包括：自贸区、居住区、商业商务区、工业区、高新技术开发区、文化娱乐区，不同功能区对用户供电可靠性要求是不同的；

所述事故风险是指以功能区为单位，依据减供负荷比例和减供用户数比例制定的负荷损失严重程度指标；

5)对发电机调整措施、分区负荷转移措施、负荷控制措施进行措施结果合并，形成新的电网运行方式，在此基础上进行预想故障安全校核，若满足安全约束，则将合并的措施结果作为考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策结果，否则，表明辅助决策未控制成功，给出告警信息。

2.根据权利要求1所述的考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法，其特征在于，步骤3)包括以下步骤：

3-1)根据过载设备所属分区确定需转移分区；

3-2)针对需转移分区的所有联络通道，利用公式(1)计算通道的综合灵敏度

其中，

是第i_L个通道的综合灵敏度，W为不安全故障的总数，N_k为第k个故障下过载设备的总数，

为第k个故障下第j₁个设备的过载安全裕度，

为第i_L个通道所连母线节点对第k个故障下第j₁个设备的灵敏度；

采用公式(2)计算通道的综合控制性能指标，过滤指标小于设定阀值的通道：

其中，

指第i_L个通道的综合控制性能指标，

指通过第i_L个通道能够安全转移的最大负荷量；

3-3)将同一分区的不同联络通道分为一组，每组中的通道按照综合控制性能指标由大到小排序；

3-4)采用并行搜索的方式，按照以下步骤确定每组转移方案：

3-4-1)依据综合控制性能指标顺序逐个遍历通道，搜索能够满足需转移负荷量要求的最少通道个数

3-4-2)若

大于1，则将排序靠前的

个通道按照最大负荷量转移，更新需转移负荷量后，第

个通道按照满足需转移负荷量要求的最小负荷量转移；若

等于1，则将该通道按照满足需转移负荷量要求的最小负荷量转移；

3-4-3)按照各通道转移负荷量确定开关操作次数，并统计每组转移量和开关操作次数，作为该组负荷转移方案；

3-5)基于搜索出每组负荷转移方案，优先选择转移负荷量最小的方案作为分区负荷转移方案，在各组方案转移负荷量接近的情况下，选择开关操作次数最少的方案作为分区负荷转移方案。

3.根据权利要求2所述的考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法，其特征在于，所述步骤3-2)中的

具体通过以下步骤求解：

3-2-1)基于通道所连母线节点对可接受转移分区薄弱设备的灵敏度，采用公式(3)估算由第j个薄弱设备确定的通道可接受转移的最大负荷量，通道可接受转移最大负荷量

为所有薄弱设备确定的最大负荷量中的最小值：

其中，

指由第j个薄弱设备确定的可接受转移分区通过通道i_L可接受转移的最大负荷量，P_j.lim指第j个薄弱设备的安全限额，P_now.i.j指第i个预想故障下第j个薄弱设备的运行功率，

指第i_L个通道所连母线节点对第i个故障第j个薄弱设备的灵敏度，k_r为设定的大于1的系数；

3-2-2)以通道在需转移分区连接厂站为起点，在本厂站和相邻厂站范围内，搜索最大可转移的负荷量

3-2-3)按照公式(4)确定通道能够安全转移的最大负荷量：

其中，

指通道i_L的安全稳定限额。

4.根据权利要求1所述的考虑负荷供电可靠性要求的设备过载辅助决策方法，其特征在于，步骤4)包括以下步骤：

4-1)依据不同类型功能区对供电可靠性要求的高低确定各功能区负荷控制代价；确定各功能区包含的多条馈供线路负荷量及其已建模厂站的对应关系；确定各条馈供线路供电的用户数目；

4-2)基于节点灵敏度信息，采用公式(5)计算厂站各条馈供线路减负荷控制性能指标，过滤指标小于设定阀值的措施：

其中，

是第f_L条馈供线路减负荷控制性能指标，W为不安全故障的总数，N_k为第k个故障下过载设备的总数，

为第k个故障下第j₁个设备的过载安全裕度，

为第f_L条馈供线路减负荷后第k个故障下第j₁个设备的过载安全裕度变化量；C_d指由步骤4-1)确定的各功能区负荷控制代价；

4-3)按照控制性能指标对馈供线路排序，逐条线路迭代搜索满足安全约束和减负荷风险约束的馈供线路减负荷控制措施，所述减负荷风险约束由公式(6)确定：

其中，N为功能区数目，L_j取0或1，分别表示第j个用户不控制或控制，P_Lj为第j个用户的功率，Z_k表示第k个功能区范围，U_Lj表示第j个用户；

4-4)若能搜索到满足安全约束和减负荷风险约束的馈供线路减负荷控制措施，则将该措施作为最优减负荷方案；否则，松弛风险约束，同时给出风险告警信息，返回步骤4-3)重新进行减负荷方案搜索。

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